応力集中

応力集中

応力集中とは、本来、フックの法則により、一定にかかる応力に対して、材料に穴や切りかけがある場合には、応力の分布は一様ではなく、穴などに局所的に高くなることである。通常、急激に変わるところに応力がかかりやすくなり、急激な形状変化があるところには、Rをとるなどの対策をとる必要がある。

応力集中係数

応力集中係数とは、最大応力を平均応力(応力集中を無視した最小断面)で割った値である。

一様な板への応力集中

断面が一様な板に引張荷重pが作用する場合、板の内部に生じる応力は断面全体に一様に分布する。

穴への応力集中

板に穴が開いている場合、穴の周辺で大きくなり、穴から遠ざかるに従い、応力が小さくなる。平均応力を基準に最大応力は穴にもっとも近いところで、端の方面の応力は平均応力を下回る。

切り欠きへの応力集中

両端に切り欠きが入っている場合は、切り欠きの底部で最大応力が発生し、中心部分の応力が小さくなる。

破壊原因と対策

急激な形状変化があるところに応力集中が起ることから、繰り返し荷重などの動荷重がおこると、そこから破壊が起る。下記のような対策をする必要がある。

  1. 切り欠き溝の角度は大きくする
  2. 角を減らし、Rをとる
  3. 段付き丸部の溝部分には大きなRをとる